三极管和场效应管的基本原理及实例说明

三极管属于电流型控制元器件，而场效应管属于电压控制元器件，首先要熟悉三极管和场效应管的基本原理，只有懂得其基本原理，才知道如何运用它。

1、三极管的基本原理及实例说明

三极管由两个PN结组成，根据PN结的排列方式不同可分为NPN型和PNP型三极管，其结构和符号如下图所示。三极管有三个极分别为：基极B、集电极C和发射极E。

 

三极管有三个工作区间：截止区、放大区和饱和区，其伏安曲线如下图所示。

截止区：发射结两端施加电压不够，发射结反偏，基极电流为零，集电极-发射极电流也为零，集电极和发射极之间内阻很大，相当于断路状态。

放大区：放大区发射结正偏，其电流放大关系满足公式Ic=βIb，Ie=(β+1)Ib，其中β为三极管的放大倍数，该区域属于三极管的线性区。

饱和区：当集电极的电流达到最大时，三极管处于饱和状态，也就是说基极电流继续增大时，集电极电流不再增大而达到稳定，集电极、发射极之间的内阻最小，此区间发射结正偏，集电结正偏。

 

实例说明：以NPN三极管为例(假设Ube=0.7V)

如下图所示，使用NPN三极管控制LED灯，由于三极管属于电流型控制元件，若基极输入端为电压，必须在基极上串联限流电阻。因为基极与发射极之间为一个PN结(发射结)，压降为0.7V，因此只有输入电压Uin>0.7V时，该三极管

基极才有电流，三极管才导通。

 

(1)当Uin<0.7V时，三极管截止，LED灯不亮;

(2)当Uin>0.7V时，三极管CE之间才有电流，根据输入电压和电流电阻R1的大小可控制集电极的电流，从而控制负载的电流。其公式为：Ib=(Uin-0.7V)/R1，Ic=βIb，限流电阻的选择也是非常重要的，不能随便使用，需要根据实际情况计算。

假设VCC=12V，输入电压Uin=5V，该三极管的放大倍数β为50，最大集电极电流Ic=0.5A，若想要三极管工作在饱和区，则根据Ib=Ic/β=0.5A/50=0.01A=10mA，R1=(Uin-0.7V)/Ib=4.3V/10mA=430Ω，因此限流电阻R1必须选择430Ω左右。

2、场效应管的基本原理及实例说明

场效应管是电压型控制元件，场效应管也分N沟道场效应管和P沟道场效应管，场效应管也有三个极，分别为：栅极G、漏极D和源极S。

 

场效应管也有三个工作区间：可变电阻区、饱和区(恒流区)和截止区，对于场效应管而言，栅极与源极之间的电压Ugs必须满足一定条件，管子才导通。

对于N沟道的场效应管而言，Ugs≥Uth，对于P沟道的场效应管而言，Ugs≤-Uth，Uth为场效应管的开启电压。

实例说明：以N沟道的场效应管为例(假设Uth=4V)

使用N沟道场效应管控制12V的LED灯，由于场效应管是电压控制元件，输入阻抗很大，几乎不走电流，因此栅极上串联电阻R1起保护作用。

(1)当Uin<4V时，场效应管截止，LED灯不亮;

(2)当Uin>4V时，场效应管才开始导通，但此时内阻很大，LED灯的电流较小。假设该场效应管的饱和驱动电压为8V，则4V<8v时，场效应管工作于可变电阻区(非饱和区)，驱动电压uin越大，其内阻越小;当uin≥8v时，场效应管达到饱和状态，此时场效应管的内阻很小，一般几mω~几十mω。>

<8v时，场效应管工作于可变电阻区(非饱和区)，驱动电压uin越大，其内阻越小;当uin≥8v时，场效应管达到饱和状态，此时场效应管的内阻很小，一般几mω~几十mω。>

 

 

审核编辑：郭婷